Физический смысл энтропии

Состояние любого вещества можно характеризовать двояко:

• — значениями измеряемых свойств (температура, давление, объем). Это характеристика макросостояния вещества;
• — свойствами каждой частицы вещества (положение частицы в пространстве, ее скорость, направление перемещения и т. д.). Это характеристика микросостояний вещества.

Число микросостояний, составляющих данное макросостояние, называется вероятностью его состояния.

При большом числе частиц состояние системы удобнее характеризовать нс самой вероятностью осуществления данного макросостояния (W), а величиной, пропорциональной ее логарифму. Эта величина — энтропия, она определяется формулой Больцмана:

где R — газовая постоянная; N₀ — число Авогадро.

Энтропию измеряют в Дж/К, обычно ее относят к 1 молю вещества, в этом случае единицей измерения будет ДжДмоль-К). Энтропия простых веществ не равна нулю (в отличие от энтальпии).

В отличие от энтальпии абсолютные значения энтропии могут быть определены экспериментально. Порядок значения энтропии S определяется по формуле Больцмана величиной W, которая огромна. Даже для совокупности из 10 частиц W имеет порядок 10⁴. Обычные объекты могут содержать 10²³ частиц и более. Если провести логарифмирование W, то получаются сравнительно небольшие значения энтропии — порядка десятков или сотен ДжДмоль-К).

Энтропия зависит от температуры и агрегатного состояния вещества.

В обратимом процессе изменение энтропии AS равно тепловому эффекту, деленному на абсолютную температуру: AS = Q_p/T или AS = АП_р/Г.

Например, при 273 К теплота плавления льда (Q) равна 6009,48 Дж/моль. Отсюда можно найти AS этого процесса: AS = = 6009,48/273 = 22,01 ДжДмоль-К).

Энтропия возрастает при переходе вещества из кристаллического в жидкое и из жидкого в газообразное состояние. Напротив, все процессы, в результате которых упорядоченность системы возрастает (конденсация, полимеризация, сжатие, уменьшение числа газообразных частиц), сопровождаются уменьшением энтропии.

Энтропия является функцией состояния, т. е. ее изменение (AS) зависит только от начального (5_НСХ, энтропия исходного вещества) и конечного (5_пр, энтропия продуктов реакции) состояний и не зависит от пути процесса. Для химического равновесия.

Для ориентировочных расчетов можно допустить, что изменение энтропии реакции при высоких температурах примерно равно изменению энтропии реакции при стандартной температуре:

При протекании реакции с увеличением числа газообразных молекул энтропия возрастает, и наоборот. Например, в реакции.

энтропия (степень неупорядоченности) возрастает (увеличивается число газообразных молекул), а в реакции.

AS < 0, энтропия уменьшается (уменьшается число газообразных молекул).

Окончательная формулировка второго закона термодинамики, основанная на понятии энтропии: «Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии).